电源技巧 :如何为隔离转换器实现平滑软启动的简单电路?

分享到:

大多数DC / DC转换器需要软启动电路来限制启动时的浪涌电流。虽然具有上电复位(POR)的系统需要平滑的软启动,但对于具有初级侧控制器和有限占空比或电流的隔离式转换器而言,这是很困难的。

图1显示了正向转换器的软启动,初级侧具有占空比软启动。转换器的稳态输出为12V。在10V(系统的POR阈值)下施加50%的负载电流。一旦施加负载,输出就会下降并触发系统关闭,从而导致系统多次循环。在软启动结束时,输出超过10%,这是不可取的。


图1:启动期间正向转换器的输出,负载施加在10V



在这篇文章中,我将使用一个简单的电路来实现隔离转换器的平滑软启动。该电路应用于有源钳位正转换器,LM5025作为控制器。图2显示了次级侧软启动的概念。


图2:隔离式转换器的次级侧软启动电路



首次施加输入时,转换器输出(V OUT)开始上升。电容器(C SS)正在充电。C SS充电电流(I SS)流过电阻器(R SS)。当I SS为高电平时,则为V BE(on) / R SS。Q SS导通并开始从次级侧复合节点(SEC COMP)拉电流,从而减少占空比。在软启动期间,误差放大器饱和,软启动电路支配反馈环路。转换器,C SS,R SS,Q SS和光耦合器形成一个闭环。当输出上升到调节时,误差放大器开始调节,并且I SS减小。Q SS关闭。

公式1显示了从V OUT到光耦合器电流的传递函数:



虽然有效,但这个简单的电路可能不稳定,因为Q SS正向增益(β)很高并且在不同部件之间变化很大。要稳定该电路,请在Q SS的发射极和地之间插入增益降低电阻(R E),如图3所示。增加R E可以降低启动期间的反馈环路增益。

图3:添加R E以稳定软启动电路

 

公式2显示了带R E的软启动电路传递函数:



在高频时,使用公式3作为公式2的近似值:



我使用以下参数将软启动电路添加到转换器:

 

  • C SS =0.1μF。
  • R SS =100kΩ。
  • R E =1.18kΩ。

图4显示了带有这些电路参数的软启动波形。当系统开始拉电流时,软启动电路停止从COMP吸取电流,占空比迅速增加。在负载瞬变引起轻微下降后,转换器继续软启动。


图4:软启动电路的软启动波形,如图3所示

图4还示出了在施加负载之后,转换器开关节点(VSW)具有额外的电压尖峰。图5显示了放大的波形。很明显,系统振荡频率为9.5kHz。


图5:带软启动电路的放大软启动波形

该设计中的控制器是电压模式控制器。由于双极,功率级具有180度的相位下降。有必要加零以提高稳定性; 你可以通过增加一个与R E并联的电容(C E)来做到这一点。为了在相位裕度上增加45度,我将测得的振荡频率置于9.5kHz。当R E =1.18kΩ时,我添加了一个15nF电容。


图6:具有改善稳定性的软启动电路

图7显示了C E = 15nF 的启动波形。消除了振荡。总软启动时间为50ms。


图7:软启动波形,C E = 15nF

在软启动期间,典型的光耦二极管电流(I opto_D)为1.2mA至0.8mA。这由LM5025和光耦前向增益决定。当R E =1.18kΩ时,R SS两端的电压为V BE(ON) + R E ×0.8mA = 1.644V。VBE(on)= 0.7V。因此,您可以将I SS计算为I SS =(V BE(ON) + R E ×I opto_D)/ R SS。I SS / C SS设置输出V OUT,dv / dt。为了确保次级侧软启动的有效性,应将初级侧软启动设置为比次级侧软启动快得多。


测试结果表明,这种简单的软启动电路有效地实现了隔离式转换器的平滑软启动。

继续阅读
电源技巧 :如何为隔离转换器实现平滑软启动的简单电路?

大多数DC / DC转换器需要软启动电路来限制启动时的浪涌电流。虽然具有上电复位(POR)的系统需要平滑的软启动,但对于具有初级侧控制器和有限占空比或电流的隔离式转换器而言,这是很困难的。

BD9V100MUF-C:以2MHz实现业界最高降压比的DC/DC转换器IC

ROHM开发出以2MHz开关频率实现业界最高降压比的DC/DC转换器IC“BD9V100MUF-C”,并已于2017年6月开始出售样品,于2017年12月投入量产。